En 1957, elle et Julie Newmar apparurent sur Broadway dans la comédie musicale à succès: Li'l Abner. Son album It's Time for Tina sortit aussi la même année, avec des chansons comme "Embraceable You” et "I'm in the Mood for Love”.
Tina Louise fit ses débuts à Hollywood en 1958 dans Le Petit Arpent du Bon Dieu. La même année, le National Art Council la nomma "La plus belle rousse du monde.” Elle devint une actrice de premier rôle très demandée pour accompagner des stars masculines comme Robert Taylor, Richard Widmark et Robert Ryan, interprétant souvent des rôles sombres complètement à l’opposé de la glamoureuse pinup qui avait fait les délices des photographes et les clichés de Playboy grâce auxquels elle avait acquis la célébrité à la fin des années 1950. Elle déclina des rôles dans Li'l Abner et Operation Petticoat pour se concentrer sur Broadway, le cinémé italien et Hollywood. Parmi ses films italiens les plus notables figure le long métrage historique et épique, Garibaldi (1960), réalisé par Roberto Rossellini, film qui traitait des efforts entrepris par Garibaldi pour unifier les états italiens en 1860. Quand Tina Louise revint aux Etats-Unis, elle prit des cours avec Lee Strasberg et devint membre de l’Actors Studio. Elle apparut en 1962 dans un épisode de The Real McCoys, la sitcom de Walter Brennan, et en 1964 dans le film, For Those Who Think Young, avec Bob Denver, avant son implication dans L’Ile aux Naufragés.
En 1964, elle quitta la comédie musicale Fade Out – Fade In pour interpréter la star de cinéma, Ginger Grant dans la sitcom L’Ile aux Naufragés, après que le rôle eut été décliné par Jayne Mansfield. Cependant, elle ne fut pas satisfaite du rôle, craignant que celui-ci ne la stéréotype. Le rôle fit de Tina Louise une icone pop de l’époque et en 2005 un épisode de TV Land Top Ten la classa le deuxième plus grand sex-symbôle de la télévision de tous les temps derrière Heather Locklear.
Une fois que la série eut pris fin en 1967, Tina Louise continua de travailler au cinéma et fit de nombreuses apparitions en guest star dans des séries télévisées. Elle apparut dans un film d’espionnage de Matt Helm, Matt Helm régle son comte (1969) avec Dean Martin. Tina Louise incarna une ménagère suburbaine dans la version originale de Les Femmes de Stepford (1975) et autant le film que sa performance furent salués.
Elle tenta de changer son image comique en s’essayant à des rôles plus graveleux, dont une apparition en guest star dans le rôle d’une pathétique addict à l’héroïne dans un épisode de Kojak en 1974, et dans le rôle d’une gardienne de prison diabolique en 1976 dans le TV film, Cauchemar au Pénitencier. Parmi ses autres rôles à la télévision à cette période, citons Qu’est-il arrivé au bébé de Rosemary? (1976), SST: Death Flight (1977), Friendships, Secrets and Lies (1979) et le soap opera Dallas, durant les saisons de 1978 et 1979, dans la rôle de la secrétaire de J.R. Ewing, Julie Grey, un personnage semi-récurrent. Son personnage fut finalement assassiné. Plus tard, elle remplaça Jo Ann Pflug dans le rôle de la riche Taylor Chapin dans le soap opera Rituals et fit des apparitions en guest star dans les soaps Santa Barbara et All My Children.
Elle refusa de participer aux trois TV films tournés comme suites à L’Ile aux Naufragés et le rôle de Ginger fut attribué à Judith Baldwin et Constance Forslund. Bien qu’elle n’apparut pas dans ces TV films, elle fit quelques apparitions dans des quelques shows ou réunions spéciales traitant de L’Ile aux Naufragés, dont Good Morning America (1982), The Late Show (1988) et en 2004 l’émission spéciale réunissant tous les membres du casting encore en vie. Dans les années 1990, elle fut de nouveau associée avec ses costars Bob Denver, Dawn Wells et Russell Johnson dans un épisode de Roseanne. Elle refusa d’être de nouveau réunie avec elles pour le TV film, Surviving Gilligan's Island (2001), co-produit par Dawn Wells. Elle était incarnée par Kristen Dalton dans ce TV film. Ses relations avec Bob Denver étaient, semblerait-il tendues, mais en 2005, elle lui écrivit un bref et affectionné mémoire pour la fin de Entertainment Weekly.
En 1985, Tina Louise incarna la seconde et dernière Taylor Chapin dans le soap opera Rituals. Ses dernières apparitions incluent la comédie de Robert Altman, Vous Avez dit Dingues? (1987) ainsi que le film indépendant Johnny Suede (1992) avec Brad Pitt. Elle apparut dans Mariés, Deux Enfants dans le rôle de Miss Beck dans l’épisode intitulé : "Kelly Bounces Back" (1990).
De 1966 à 1974, Tina Louise fut mariée à l’animateur de radio et de télévision Les Crane, avec qui elle eut une fille, Caprice Crane (née en 1970), qui est devenue une productrice de MTV et une romancière. Son premier roman, Stupid and Contagious, fut publié en 2006 et fut chaudement dédicacé à sa mère. Tina Louise réside maintenant à New York City. Elle est membre de l’Academy of Motion Picture Arts and Scienceset une membre à vie de l’Actors Studio. En tant qu’avocate pour l’alphabétisation et les arts, elle est devenue un professeur bénévole pour Learning Leaders, une organisation à but non lucratif dont le but est de trouver des tuteurs pour les éléves de New York City. C’est sa passion d’aider les jeunes élèves à développer leurs talents littéraires, mais aussi leur confiance, leur auto-détermination en leurs propres capacités. Elle a écrit deux livres: Sunday: A Memoir (1997) et When I Grow Up (2007). Le dernier est un livre pour enfants qui leur apprend à croire en leur chance quel que soit le choix de vie qu’ils aient fait, le tout étant comparé avec le règne animal. Elle publia un second livre pour enfants intitulé, What Does a Bee Do?
Tina Louise enregistra un album de chansons qui sortit originellement sur Concert Hall et fut plus tard republié par Urania Records (respectivement en 1958 et en 1959). L’album sorti en 1957 sous le titre It's Time for Tina (Concert Hall 1521), est recherché par les collectionneurs.. Avec des arrangements de Jim Timmens et le Buddy Weed's Orchestra, il contient 12 chansons don’t "Tonight Is the Night" et "I'm in the Mood for Love." Coleman Hawkins y joue du saxo ténor. L’album a été réédité deux fois en CD, le plus récemment pour le label britannique Harkit Records. Son album sortit sur ITunes en 2012.
Sa contribution au western :
Le Bourreau du Nevada de Michael Curtiz (1959), Selah Jennison
La Chevauchée des Bannis d’André de Toth (1959), Helen Crane
Tales of Wells Fargo, un épisode, Helene Montclair dans “New Orleans Trackdown” (1961)
Bonanza, un épisode, Mary Burns dans “Desperate Passage” (1967)
Un Homme Fait la Loi de Burt Kennedy (1969), Carmel
Kung Fu, un épisode, Carol Mercer dans “A Dream Within a Dream” (1974)
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